直击2016UAS听大咖讲解无人机室内定位技术
- 来源：UAS无人驱
- 编辑：二不休
- 2016/10/24 9:33:25
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直击2016UAS 听大咖讲解无人机室内定位技术
刘教授是同济大学电子信息学院教授，主持国家自然科学基金项目多项，在国内外核心期刊发表论文60多篇，在、国内发明30多项，是多个学术期刊的编委，还是多个会议技术委员会委员，TCP主席或分会主席，获得2014年中国工业博览会高校展区特等奖，2015年教育部科技进步二等奖，2016年微软室内定位技术大奖赛，是RET成员、REE会员，研究领域主要是物联网和室内定位、传统数据、复杂网络和大数据等。
刘儿兀的发言和室内定位相关，报告分三个方面
1、主流技术
2、主要挑战
3、研发趋势
1主流技术
Wi-Fi、iBeacon、地磁、超宽带、超声波、可见光，以及在无人机里面可以看到的视觉定位，还有辅以于惯性导航。在这些技术里，Wi-Fi和iBeacon里面所用的具体技术是相通的，所以我把这两个放在一起。
目前在Wi-Fi和iBeacon方面，国外有两个趋势，蓝牙5.0，年底就会有标准出来，另外一个是Wi-Fi8011系列的，主要有两个新的标准，一个是802.11MC，802.11AZ，这两个标准以及蓝牙5.0，目标都是终要实现大概1米之内的室内定位。挑战在于室外GPS，民用是几米，室内一般除了商业应用要达到1-3米的精度。Wi-Fi的研发趋势是往到达时间方向发展，通过到达时间可以测量距离；蓝牙5.0是往到达角和离开角两个方向发展。
目前主要研发机构包括Leica，美国RealEarth等，前面这几个包括用激光雷达或超宽带，可以用在三维的定位。三维定位相当于可以使用专门的硬件、专门的基站或布专门网络做这种定位。另外一种是两维定位，基本用我们现有的手机或现有的Pad，就是现有设备来做，不需要额外网络、不需要额外硬件设备来做。
2015年，武汉大学及加拿大卡尔加里大学共同基于Wi-Fi和地磁做的室内定位，达到4.6M精度。今年4月底在维也纳有一个比赛，我们大概做多了1米多。
主流技术有两个：基于信号强度RSSI（1-10米精度）。从目前情况来看，室内可以做到1-10米，一种需要参考点，另外一种不需要参考点，需要参考点相当于有某点，通过测量到我的信号强度或者我到它的信号强度可以估算出来距离，目前Wi-Fi和iBeacon都是这种机制，所以归为一类。iBeacon或Wi-Fi下一步趋势会把到达时间或到达角放进去。
基于信号强度，要测量或定位区域的信号特征做各种指纹，不敢是Wi-Fi指纹也好还是地磁指纹也好，这两者有一些区别，一般认为地磁指纹稳定性会比Wi-Fi指纹稳定性好一些。
另外更一点是基于到达时间/到达角，可以做到1米或更低。三维模式下，Leica可以做到5厘米，是基于激光或UWB，民用上常见的是10厘米，可能放一个基站，这个基站离我们30、50米的距离，但需要一个基站。
信号强度和距离主要基于路损模型，接收功率=参考点功率-路损指数。
Pr=P0-n.Log（r/r0），n=（4-6）
上海国家会展中心一个场馆有几万平方米，我们测过，为了定位，它的一些Wi-Fi是布在高槽底下，下面放了一些铁皮，它的信道模型就完全跟我们所做的理论上的区别很大。基于这样一个理论的模型，在这里定位出来跟利用这个公式测的距离可能偏到100米或几十米之外去。这只是有理论分析上的一些好处，但实际上用这个不是太靠谱。
指纹匹配。例如这个房间大量测不同的点，这一点测一下信号强度或信号特征，可能是Wi-Fi的信号特征，可能是地磁的信号特征，走1米再测一下，整个房间这样测一下，显然需要大量的测量，需要有一个离线的测量和在线的匹配。测量完了以后，拿一个手机进来，知道现在接收信号强度什么样，跟之前已经建好的数据库匹配，看一下数据库差值在哪里。
各种主流技术之外，为了做一些平滑的定位，需要做一些惯性导航（PDR）就形成航迹推算。主要基于两种传感器，一种是加速度，一种是陀螺仪。PDR有一些固有的缺点，因为计算距离时要有时间的积分，有一次、有二次，误差就累积上去了，所以长时有一个累积误差，同时取决于传感器的精度，所以需要一些校准，另外它作为一个辅助定位。
对目前而言，
实用的室内定位解决方案有如下几个方面挑战
1精度要达到1-3m，也就是说在这里，旁边有多个不同展会的展台，或者有不同的商店，可能几米之外就有一个商店，不能在这个房间把误认为是另外一个房间，基本上精度要达到1-3m。不能随着室内环境变化有很大的波动。2覆盖、可扩展性和成本，能否利用现有的基础设施，不需要重新布一套。3功耗和响应时间。对于手机，如果功耗太大的话，可能用户无法接受。利用手机这种定位方式显然从功耗的角度是不如利用网络测的，相当于有一些网络探测，主动探测你的距离，然后来算一下。
在功耗方面，我们也测量过，定位的东西假设放在手环上做的话，有一个很大的问题，加速度传感器不是一个问题，功耗比较低，陀螺仪在里面就有问题，手环的产品一般都需要经过长时运行，所以这个功耗有问题。另外就是响应时间，如果做到1m，精度相当于到做到0.5m，误差要在0.5m之内，按人的2m速度来算就是250毫秒，这样才能表现出来当时这个时刻网络响应时间要超过250毫秒。
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